8. Cấu trỳc của luận văn
2.2.6. Định luật bảo toàn cơ năng
Cơ năng gồm tổng động năng và thế năng của vật: W =Wt +Wđ
Thiết lập định luật bảo toàn cơ năng cho vật (hoặc hệ kớn) chỉ chịu tỏc dụng của lực thế: 2 2 1 1 đ t đ t W W W W + = +
Hai cỏch thể hiện định luật: W1 =W2 hoặc DWđ =-DWt
38 1 2 W W W Anl =D = -
2.3. Tỡm hiểu thực trạng dạy học chương “Cỏc định luật bảo toàn” – SGK Vật lý 10 nõng cao ở trường phổ thụng.
2.3.1. Mục đớch của việc tỡm hiểu thực tế:
Để giỳp tụi thu được những thụng tin về cỏc vấn đề:
Những thuận lợi và khú khăn của GV và HS trong quỏ trỡnh dạy – học chương này; Cơ sở vật chất, phương tiện, trang thiết bị thớ nghiệm và việc sử dụng nú trong quỏ trỡnh học chương này; Những biện phỏp, những phương phỏp cụ thể đó được GV sử dụng khi DH trong chương này, và những hiệu quả của nú; Phương phỏp học vật lý của HS ở trường THPT, cỏc mức độ, chủ động, tớch cực nhận thức và chất lượng nắm vững kiến thức vật lý của HS, với cỏc nguyờn nhõn ảnh hưởng của nú; Những sai lầm mà HS thường mắc phải trong quỏ trỡnh học chương này.
Trờn cơ sở cỏc thụng tin thu được tụi cú những thụng tin chớnh xỏc về nguyờn nhõn ảnh hưởng đến những mức độ chủ động, tớch cực trong hoạt động nhận thức và chất lượng nắm vững kiến thức vật lý của HS. Đồng thời trờn cơ sở thực tiễn đú để xõy dựng cỏc phương ỏn DH theo hướng nghiờn cứu của đề tài.
2.3.2. Cỏc phương phỏp điều tra đó sử dụng.
Trong quỏ trỡnh điều tra , tụi đó sử dụng cỏc phương phỏp sau: - Thăm dũ GV (dựng phiếu điều tra, trao đổi, dự giờ, xem giỏo ỏn).
- Điều tra HS ( dựng phiếu điều tra, xem vở ghi và cỏc bài kiểm tra, dự giờ, sử dụng cỏc cõu hỏi trắc nghiệm, trao đổi trực tiếp với HS).
- Tham quan cỏc phũng học, phũng thớ nghiệm vật lý, trao đổi với tổ trưởng bộ mụn, tổ chuyờn mụn, ban giỏm hiệu nhà trường.
2.3.3. Kết quả thu được thụng qua điều tra.
Tụi đó tỡm hiểu thực tế dạy và học vật lý của chương này tại một số trường THPT ở Đụng Anh Hà Nội (THPT Đụng Anh, THPT Cổ Loa, THPT Liờn Hà, THPT Võn Nội, THPT Bắc Thăng Long). Đó tiến hành điều tra với số lượng 21 giỏo viờn trực tiếp giảng dạy vật lý và 610 HS lớp 10, 11 và 12 (đú là những HS đó được học và
39
sắp được học chương “Cỏc định luật bảo toàn”) với cỏc kết quả như sau:
2.3.3.1. Cơ sở vật chất, phương tiện, thiết bị thớ nghiệm và việc sử dụng chỳng.
- Cơ sở vật chất: Nhỡn chung cỏc trường THPT đều cú cơ sở trường lớp tương đối rộng, cú khu lớp học, khu hiệu bộ, sõn chơi, sõn giỏo dục thể chất, phũng thớ nghiệm, phũng học đa năng…, tất cả được quy hoạch thống nhất trong khuụn viờn khộp kớn, rất thuận lợi cho nhiệm vụ dạy và học.
- Cỏc trường cú đủ số phũng học, và đảm bảo điều kiện cơ sở vật chất trong phũng học ( ỏnh sỏng, bàn ghế, bảng ), nhưng một số trường chưa đủ để HS học một ca ( THPT Đụng Anh, THPT Võn Nội ) việc triển khai học cú tỏch nhúm, cú thớ nghiệm đồng loạt hoặc sử dụng phương tiện DH hiện đại kết hợp với thớ nghiệm.
- Hầu hết cỏc trường đều chưa cú phũng học bộ mụn riờng, phũng thớ nghiệm cọn nhỏ, hẹp nờn một số thiết bị thớ nghiệm tuy đó được trang bị nhưng chưa cú đủ chỗ để lắp rỏp và đưa vào sử dụng.
- Phũng thớ nghiệm chưa được đầu tư thớch đỏng, phũng thớ nghiệm chỉ là kho chứa dụng cụ thớ nghiệm, tranh ảnh, bản đồ mỏy múc, phương tiện dạy học dựng chung cho nhiều mụn, chật chội; chưa cú nhõn viờn chuyờn trỏch để phụ trỏch phũng thớ nghiệm, nờn giỏo viờn phải tự tỡm , tự lắp giỏp chuẩn bị thớ nghiệm mang lờn phũng học nờn gặp rất nhiều khú khăn.
2.3.3.2.Về phương tiện, thiết bị thớ nghiệm phục vụ cho việc dạy học vật lớ.
Việc trang bị phương tiện, thiết bị thớ nghiệm đó được quan tõm, đầu tư theo quy định tối thiểu của Bộ Giỏo dục và Đào tạo xong chưa đồng bộ, nờn hiệu quả sử dụng khụng cao ( vỡ thiếu phũng bộ mụn và cỏc thiết bị đi kốm ). Một số thiết bị thớ nghiệm tương ứng với chương trỡnh SGK mới chưa cú do vậy giỏo viờn phải tự thiết kế thớ nghiệm.
40
2.3.4. Thuận lợi, khú khăn của giỏo viờn và học sinh khi dạy – học chương “Cỏc định luật bảo toàn” “Cỏc định luật bảo toàn”
2.3.4.1. Thuận lợi.
- HS: Đó quen với cỏc phương phỏp học theo chương trỡnh SGK mới như: phương phỏp thảo luận nhúm, thường xuyờn tiếp xỳc với cỏc phiếu học tập …
- GV: Đó được tham gia cỏc lớp hướng dẫn về chương trỡnh, SGK mới; tập huấn về đổi mới phương phỏp dạy học; hàng năm Sở Giỏo dục và Đào tạo, cỏc nhà trường tổ chức cỏc chuyờn đề chuyờn mụn bàn về chương trỡnh và SGK mới, về đổi mới phương phỏp giảng dạy …
- Chương trỡnh: Trong chương trỡnh cú nhiều kiến thức gắn liền với cỏc hiện tượng thực tế và được sử dụng nhiều cho cỏc nội dung tiếp theo của chương trỡnh vật lớ THPT.
2.3.4.2. Khú khăn.
- Kiến thức cơ bản của chương này hoàn toàn mới, tương đối khú, trừu tượng, nhiều hiện tượng vật lớ xảy ra nhưng rất nhanh, khú quan sỏt nhưng lại khụng cú thớ nghiệm minh họa hay kiểm chứng, ( đõy chớnh là một trong nhưng nguyờn nhõn ảnh hưởng đến chất lượng nắm vững kiến thức của HS ). Lượng kiến thức dành cho mỗi tiết học nhiều và khú ( theo ý kiến của 18/21 GV được trao đổi ).
- Cỏc thớ nghiệm cơ bản để dạy học chương này khụng cú, GV và HS tự thiết kế, chế tạo.
2.3.5. Những biện phỏp, phương phỏp mà giỏo viờn đó sử dụng.
Việc đổi mới phương phỏp dạy học là một yờu cầu cấp bỏch đối với nền giỏo dục nước nhà. Chớnh vỡ vậy mà hiện nay ngành giỏo dục đó quan tõm thớch đỏng tới việc dạy của GV và việc học của HS. Trong những năm học vừa qua, hầu hết cỏc GV đều được tham gia cỏc lớp tập huấn đổi mới phương phỏp dạy học và cỏc hội nghị thay SGK. Ở cỏc trường phổ thụng cỏc chuyờn đề đổi mới phương phỏp giảng dạy bộ mụn ở cỏc cấp tổ và cỏc cấp trường luụn được triển khai thường xuyờn trong năm học. Tại trường THPT Đụng Anh mỗi năm ở mỗi tổ chuyờn mụn luụn cú từ hai chuyờn đề
41
đổi mới phương phỏp dạy học của thầy và trũ trở lờn. Nhưng chưa cú chuyờn đề nào đề cập đến việc đổi mới phương phỏp dạy và học chương “Cỏc định luật bảo toàn” của vật lớ 10 nõng cao, với lượng kiến thức nhiều và mới so với chương trỡnh SGK cũ.
Phương phỏp mà GV sử dụng trong phần này chủ yếu là: vấn đỏp – đàm thoại (100%); trong đú cú 81% diễn giảng minh họa. Cũn cỏc phương phỏp khỏc được sử dụng rất ớt.
Cỏc thớ nghiệm cơ bản của chương này khụng cú ( thớ nghiệm kiểm chứng của định luật bảo toàn động lượng )
Từ đú ta cú thể thấy rằng đa phần GV chỉ dừng lại ở việc truyền thụ đỳng, đủ kiến thức như SGK cho HS, mà chưa chỳ ý đến việc phỏt triển cỏc năng lực khỏc ở HS trong quỏ trỡnh dạy học.
2.3.6.Mức độ nắm vững kiến thức và những sai lầm của HS thường mắc phải khi học chương cỏc định luật bảo toàn.
Để tỡm hiểu mức độ nắm vững kiến thức và những sai lầm mà HS thường mắc phải sau khi học chương cỏc định luật bảo toàn, tụi đó tiến hành điều tra, và kiểm tra kiến thức của HS cỏc lớp 11, 12 và trao đổi với GV, HS kết quả thu được như sau:
- HS hiểu về hệ kớn khụng đỳng theo định nghĩa (60%) HS, nờn khi giải cỏc bài toỏn về hệ vật HS thường lỳng tỳng và giải thớch sai cỏc hiện tượng.
- Phần lớn HS khụng nắm được ý nghĩa động lượng nờn khi gặp cỏc hiện tượng, cỏc bài tập định tớnh HS thường khụng giải thớch được, hoặc những bài toỏn va chạm cỏc hiện tượng thường xảy ra rất nhanh thỡ HS thường lỳng tỳng khụng biết ỏp dụng định luật nào để giải quyết.
- Sai lầm nữa mà HS thường mắc phải là thường nhầm giữa chuyển động bằng phản lực (ỏp dụng định luật bảo toàn động lượng), với lực và phản lực của định luật III Newton, cỏc em đều cho rằng do tương tỏc mà một vật chuyển động được là đều nhờ phản lực.
- Việc vận dụng kiến thức vào cỏc bài toỏn tổng quỏt thường mắc sai lầm. Cỏc em khụng biết khi nào sử dụng định lớ động năng, định lớ thế năng, khi nào sử dụng
42 định luật bảo toàn cơ năng.
- HS thường chưa chỳ ý đến việc chọn gốc tớnh thế năng nờn cú những bài toỏn phải tớnh toỏn rất phức tạp và dễ dẫn đến sai lầm.
2.3.7. Những hiểu biết, quan niệm sẵn cú của HS trước khi học chương “Cỏc định luật bảo toàn”.
2.3.7.1. Tiến hành điều tra:
Để nắm được những hiểu biết, những quan niệm sẵn cú của HS trước khi học chương cỏc định luật bảo toàn, tụi đó tiến hành điều tra để tỡm hiểu những QNS hoặc chưa đầy đủ của HS, theo cỏc bước sau:
Bước 1: Điều tra 132 HS của 3 lớp 10 ở 3 trường khi chuẩn bị học đến chương IV – Cỏc định luật bảo toàn. Với cỏch thức phỏt phiếu điều tra để HS trả lời trong 15 phỳt những cõu hỏi mà tụi đưa ra về những vấn đề mà trước đú cỏc em chưa được học,
Bước 2: Để khẳng định sự tồn tại của cỏc QNS hoặc chưa đầy đủ này của HS tụi tiếp tục điều tra bằng phiếu trắc nghiệm ở 4 lớp (183HS) lớp 11 và 12 tại 3 trường.
Bước 3: Trao đổi với cỏc thầy cụ dạy mụn vật lớ ở cỏc trường THPT để bổ sung về sự tồn tại cỏc QNS hoặc chưa đầy đủ này của HS.
Những hiểu biết, quan niệm của HS về cỏc vấn đề sau được điều tra:
- Quan niệm của HS về hệ kớn, về động lượng.
- Đại lượng đặc trưng cho sự truyền tương tỏc giữa cỏc vật chuyển động.
- í nghĩa vật lớ của động lượng, sự biến thiờn động lượng.
- Xõy dựng định luật bảo toàn động lượng cho hệ kớn gồm 2 vật.
- Nguyờn tắc chuyển động bằng phản lực.
- Điều kiện để vận dụng định luật bảo toàn cơ năng.
- Điều kiện để vận dụng định lớ động năng và định lớ thế năng.
2.3.7.2. Kết quả điều tra
Từ thực nghiệm tụi chỉ tổng hợp những cõu trả lời cú biểu hiện của cỏc QNS hoặc chưa đầy đủ mang tớnh phổ biến được tụi thống kờ trong bảng sau:
43 Tỉ lệ số người cú quan niệm tương ứng S T T
Cõu hỏi hoặc chủ đề QNS hoặc quan niệm đỳng
nhưng chưa đầy đủ HS lớp 10
(chưa học) 12 (đó học) HS lớp 11, Hệ vật là hệ kớn thỡ vật khụng liờn quan đến cỏc vật ở bờn ngoài hệ 132 17 183 12 1 Hệ vật như thế nào là hệ kớn Hệ vật là hệ kớn thỡ trong hệ chỉ cú cỏc vật trong hệ tương tỏc với nhau, nếu cú ngoại lực thỡ ngoại lực gõy ra gia tốc cho hệ
132 12
183 19
Động lượng của mỗi vật trong
hệ kớn luụn luụn khụng đổi 132 34
183 30
Động lượng Động lượng của một hệ kớn luụn luụn thay đổi
132 35
183 9
Đại lượng đặc trưng cho sự truyền tương tỏc giữa cỏc vật
chuyển động là F 132
108
183 90
Đại lượng đặc trưng cho sự truyền tương tỏc giữa cỏc vật
chuyển động là v 132 25 183 19 í nghĩa của động lượng í nghĩa của tớch ( )mv là: đặc trưng cho sự chuyển động
nhanh hay chậm của vật. 132 108 183 33 2 Sự biến thiờn động lượng Dp=0 thỡ vật khụng chuyển 132 108 183 33
44 động. 2 2 1 1 2 2 1 1v m v m' v' m' v' m + = + 132 27 183 5 3
Hóy xõy dựng định luật bảo toàn động lượng cho hệ kớn gồm hai vật? 2 2 1 1 2 2 1 1v m v mv' m v' m + = + 132 45 183 10
4 Khi bước từ thuyền nhỏ lờn bờ thỡ thuyền lựi lại do: thuyền tỏc dụng vào chõn ta một lực, đẩy ta chuyển động lờn bờ, thỡ theo định luật III Newton ta tỏc dụng vào thuyền một lực đẩy thuyền lựi lại.
Đỳng 132 109 183 33 5 Vật chỉ chịu tỏc dụng của lực thế, cơ năng cú được bảo toàn khụng?
Khụng 132 43 183 30 6 Khi cú lực khụng thế tỏc dụng vào vật thỡ khụng ỏp dụng được định lớ động năng. Đỳng 132 41 183 28 7 Điều kiện để ỏp dụng định lớ thế năng là khi vật chịu tỏc dụng của lực khụng thế. Đỳng 132 31 183 35
8 Độ biến thiờn cơ năng bằng cụng của trọng lực Đỳng 132 34 183 23 2.3.7.3. Nhận xột:
45
Qua điều tra tụi thấy cú một số nội dung kiến thức HS cú những hiểu biết ban đầu tương đối chớnh xỏc, nhưng cũn biểu hiện QNS ở những khỏi niệm đú là:
- QNS thứ nhất là QNS về khỏi niệm về hệ kớn. QNS loại này thường sai do hiểu sai, hiểu khụng đầy đủ về khỏi niệm. QNS chớnh là khỏi niệm theo cỏch hiểu của HS được hỡnh thành trong một hoàn cảnh nào đú làm cho QNS mang một ý nghĩa cụ thể với HS.
- Loại QNS thứ hai là sai về định luật: Hiểu sai về điều kiện ỏp dụng định luật bảo toàn cơ năng; hiểu sai nội dung của định luật bảo toàn động lượng. Nguyờn nhõn do HS khụng hiểu nội dung và bản chất của định luật, do khụng được làm thớ nghiệm dẫn đến khụng nhớ và khụng ỏp dụng được định luật, khụng hiểu điều kiện ỏp dụng định luật. Khụng hiểu định luật bảo toàn động lượng nờn khụng hiểu chuyển động bằng phản lực theo nguyờn tắc nào, dẫn đến giải thớch sai chuyển động vật lớ.
Những HS chưa nắm được động lượng là đại lượng vộc tơ, và chưa hiểu sự bảo toàn của vộc tơ động lượng trong hệ kớn nờn cỏc em sai ở cõu 3.
2.3.7.4. Thỏi độ của GV đối với cỏc quan niệm đó cú của HS.
- Thỏi độ bỏc bỏ ỏp đặt: Khi HS cú biểu hiện sai lầm, GV bỏc bỏ ngay lập tức một cỏch kiờn quyết “Sai” và khụng quan tõm đến tỡm hiểu nguyờn nhõn của những sai lầm đú. Nếu cẩn thận hơn GV giải thớch rừ cho HS biết vỡ sao như vậy là sai, nhưng cũng khụng quan tõm tới những gỡ cú trong đầu HS. Sau đú GV yờu cầu HS làm theo những điều mà GV núi là đỳng, giải thớch tại sao như vậy là đỳng, kiểm tra xem HS đó làm đỳng theo yờu cầu chưa, nhưng cũng khụng quan tõm xem HS cú cho thực sự là đỳng khụng.
Thỏi độ như vậy GV khụng giỳp HS thay đổi được cỏc QNS. Về mặt hỡnh thức do uy quyền của người GV ngay lỳc đú HS như cú vẻ đó thay đổi QNS, biểu hiện ở việc làm đỳng theo yờu cầu của GV, nhưng khi khụng cũn sự quản lý của GV nữa HS lại trở về quan niệm của mỡnh.
- Thỏi độ tụn trọng, quan tõm đến QNS của HS: Khi HS cú biểu hiện sai lầm, GV khụng nờn bỏc bỏ ngay mà tạm thời chấp nhận ý kiến của HS; tỡm hiểu nguyờn
46
nhõn tại sao HS lại cú những biểu hiện sai lầm như thế. Đối với những sai lầm do sơ suất thỡ cú thể chờ cho HS tự sửa chữa . Nhưng cũn đối với những sai lầm do QNS đưa đến thỡ phải tổ chức một quỏ trỡnh hoạt động nhận thức để HS tự thấy cỏi sai trong quan niệm của mỡnh, tự nguyện muốn thay đổi, khi đú GV sẽ giỳp HS xõy dựng kiến thức mới để đỏp ứng nhu cầu muốn thay đổi QNS.
Thỏi độ như vậy sẽ giỳp HS tự thay đổi QNS mà khụng cảm thấy bị ỏp đặt, bắt buộc. Do tự thấy những cỏi sai trong quan niệm của mỡnh nờn sau này HS sẽ khụng bị lặp lại QNS, đồng thời việc lĩnh hội kiến thức mới thay thế cho QNS cũng diễn ra